บทที่2อะตอมและสมบัติของธาตุ

บทที่2อะตอมและสมบัติของธาตุ

2.1แบบจำลองอะตอม

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

จอห์น ดอลตัน (John Dalton)  นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีว่า  อะตอมมีลักษณะทรงกลม 
ภายในว่างเล่า  เป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กที่สุด แบ่งแยกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำให้สูญหายไปได้   อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันย่อมมีสมบัติเหมือนกัน มีมวลเท่าๆ กัน 

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ทำการศึกษาและทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของก๊าซโดยใช้หลอดรังสีแคโทด

หลอดรังสีแคโทด
       เป็นเครื่องที่ใช่ทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าโดยหลอดรังสีแคโทดจะมีความดันต่ำมาก และความต่างศักย์สูงมาก วิลเลียม ครูกส์ได้สร้างหลอดรังสีแคโทดขึ้นมาโดยใช้แผ่นโลหะ 2 แผ่นเป็นขั้วไฟฟ้า โดยต่อขั้วไฟฟ้าลบกับขั้วลบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่า แคโทด และต่อขั้วไฟฟ้าบวกเข้ากับขั้วบวกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่า แอโนด 

การค้นพบอิเล็กตรอน

เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ดัดแปลงหลอดรังสีใหม่ ดังรูป

รังสีพุ่งจากด้าแคโทดไปยังด้านแอโนด และจะมีรังสีส่วนหนึ่งทะุลุออกไปกระทบกับฉากเรืองแสง

หลังจากนั้นทอมสันได้เพิ่มขั้วไฟฟ้าเข้าไปในหลอดรังสีแคโทดดังรูป

ปรากฎว่า รังสีนี้จะเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวก แสดงว่า รังสีนี้ต้องเป็นประจุลบ แต่ไม่ทราบว่าเกิดจากก๊าซในหลอดรังสีแคโทด หรือเกิดจากขั้วไฟฟ้าทอมสันจึงทำการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของก๊าซในหลอดรังสีแคโทด พบว่า ไม่ว่าจะใช้ก๊าซใดบรรจุในหลอดหรือใช้โลหะใดเป็นแคโทด  จะได้ผลการทดลองเหมือนเดิม  จึงสรุปได้ว่า อะตอมทุกชนิดมีอนุภาคที่มีประจุลบเป็นองค์ประกอบ เรียกว่า "อิเล็กตรอน"                          

การค้นพบโปรตอน

เนื่องจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า และการที่พบว่าอะตอมของธาตุทุกชนิดประกอบด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าองค์ประกอบอีกส่วนหนึ่งของอะตอม จะต้องมีประจุบวกด้วย ออยแกน โกลด์สไตน์ (Eugen Goldstein) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ได้ทดลองเกี่ยวกับหลอดรังสีแคโทด โดยดัดแปลงหลอดรังสีแคโทด ดังรูป

ผลการทดลองของโกสไตน์ 

 เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า ปรากฏว่ามีจุดสว่างเกิดขึ้นทั้งฉากเรืองแสง ก. และฉากเรืองแสง ข.
       โกลสไตน์ได้อธิบายว่า  จุดเรืองแสงที่เกิดขึ้นบนฉากเรืองแสง ก. จะต้องเกิดจากที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก เคลื่อนที่ผ่านรูตรงกลางของแคโทด ไปยังฉากเรืองแสง  แต่ยังไม่ทราบว่ารังสีที่มีประจุไฟฟ้าบวกนี้เกิดจากอะตอมของก๊าซ หรือเกิดจากอะตอมของขั้วไฟฟ้า และมีลักษณะเหมือนกันหรือไม่
       โกลสไตน์ได้ทดลองเปลี่ยนชนิดของก๊าซในหลอดแก้วปรากฏว่าอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวกเหล่านี้มีอัตราส่วนประจุต่อมวลไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่ใช้และเมื่อทดลองเปลี่ยนโลหะที่ใช้ทำเป็นขั้วไฟฟ้าหลายๆชนิดแต่ให้ก๊าซในหลอดแก้วชนิดเดียวกัน ปรากฏว่า ผลการทดลองได้อัตราส่วนประจุต่อมวลเท่ากันแสดงว่าอนุภาคบวกในหลอดรังสีแคโทดเกิดจากก๊าซ
ไม่ได้เกิดจากขั้วไฟฟ้า

สรุปแบบจำลองของทอมสัน

       จากผลการทดลอง ทั้งของทอมสันและโกลด์สไตน์ ทำให้ทอมสันได้ข้อมูลเกี่ยวกับอะตอมมากขึ้น จึงได้เสนอแบบจำลองอะตอม ดังนี้       อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกและอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ กระจัดกระจายอย่างสม่ำเสมอในอะตอมอะตอมที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับจำนวนประจุลบ

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

ลอร์ดเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ได้ทำการทดลอง โดยการยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำดังรูป

ผลการทดลอง สรุปได้ดังนี้

•  จุด X เป็นจุดที่อนุภาคแอลฟาผ่านไปยังฉากในแนวเส้นตรง แสดงว่า  ภายในอะตอมน่าจะมีพื้นที่ว่างเป็นจำนวนมาก เพราะ อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่ทะลุผ่านแผนทองคำเป็นแนวเส้นตร
ง

•  จุด Y อนุภาคแอลฟาเบี่ยงเบนเล็กน้อย แสดงว่าภายในอะตอมควรมีอนุภาคบางอย่างรวมกันเป็นกลุ่มก้อนขนาดเล็ก มีมวลมากพอที่ทำให้อนุภาคแอลฟาวิ่งไปเฉียดแล้วเบี่ยงเบน

•  จุด Z อนุภาคแอลฟาสะท้อนกลับ แสดงว่าในอะตอมจะมีอนุภาคบางอย่างที่เป็นกลุ่มก้อน มีทวลมากพอที่ทำให้อนุภาคแอลฟาสะท้อนกลับ

การค้นพบนิวตรอน

สาเหตุที่ค้นพบนิวตรอน
1. เนื่อจากมวลของอะตอมต่าง มักเป็น 2 เท่า หรือมากกว่า 2 เท่าของมวลโปรตรอนรวม
    รัทเทอร์ฟอร์ดสันนิษฐานว่า น่าจะมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งอยู่ในนิวเคลียส และอนุภาคนี้
    ต้องมีมวลใกล้เคียงกันกับมวลของโปรตรอนมาก และต้องเป็นกลางทางไฟฟ้า
2. ทอมสันศึกษาหามวลของอนุภาคบวกของ Ne ปรากฎว่า อนุภาคบวกนี้มีมวล 2 เท่า
    ผลการทดลองนี้สนับสนุนว่าจะต้องมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งอยู่ในนิวเคลียส
    เชดวิก ได้ยิงอนุภาคแอลฟาไปยัง Be ปรากฎว่าได้อนุภาคชนิดนึ่งออกมา
    ซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับมวลของโปรตรอนและไม่มีประจุไฟฟ้า เรียกอนุภาคนี้ว่า"นิวตรอน"

สรุปแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด 

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยู่ตรงกลาง นิวเคลียสมีขนาดเล็ก แต่มีมวลมากและมีประจุเป็นบวก ส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุเป็นลบ และมีมวลน้อยมาก จะวิ่งอยู่รอบนิวเคลียสเป็นบริเวณกว้าง

แบบจำลองอะตอมของโบร์

โบร์ได้ศึกษาแบบจำลองอะตอมขึ้นมาโดยนำแบบจำลองอะตอมของรัทฟอร์ดมาแก้ไข เขาศึกษาสเปกตรัมการเปล่งแสงของธาตุ โดยบรรจุแก๊สไฮโดรเจนในหลอดปล่อยประจุ จากนั้นให้พลังงานเข้าไป

ผลการทดลอง         

อิเล็กตรอนเคลื่อนจากขั้วบวกไปขั้วลบชนกับแก๊สไฮโดรเจน จากนั้นเปล่งแสงออกมาผ่านปริซึมทำให้เราเห็นเป็นเส้นสเปกตรัมสีต่าง ๆ ตกบนฉากรับภาพ

สรุปผลการทดลอง          
การเปล่งแสงของธาตุไฮโดรเจน เกิดจากอิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับพลังงานจากวงโคจรสูงไปสู่วงโคจรต่ำ พร้อมทั้งคายพลังงานในรูปแสงสีต่าง ๆ

สรุปแบบจำลองอะตอมของโบร์
1. อิเลคตรอนจะอยู่กันเป็นชั้น ๆ แต่ละชั้นเรียกว่า “ระดับพลังงาน”

2. อิเลคตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานวงนอกสุดเรียกว่า เวเลนซ์อิเลคตรอน (Valent electron)จะเป็นอิเลคตรอน
    ที่เกิดปฏิกิริยาต่าง ๆ ได้
3. อิเลคตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานวงในอยู่ใกล้นิวเคลียส จะเสถียรมากเพราะประจุบวกจากนิวเคลียสดึงดูด
    ไว้อย่างดี ส่วนอิเลคตรอนระดับพลังงานวงนอจะไม่เสถียรเพราะนิวเคลียสส่งแรงไปดึงดูดได้น้อยมาก
4. ระดับการพลังงานวงในจะอยู่ห่างกันมาก ส่วนระดับพลังงานวงนอกจะอยู่ชิดกันมาก
5. การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเลคตรอน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนในระดับถัดกัน อาจเปลี่ยนข้ามระดับ
     พลังงานกันก็ได้

      

แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

จากแบบจำลองอะตอมของโบร์ ไม่สามารถอธิบายสมบัติบางอย่างของธาตุที่มีหลายอิเล็กตรอนได้จึงมีการศึกษาเพิ่มเติมและเชื่อว่า อิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นได้ทั้ง คลื่นและอนุภาคการศึกษาเพิ่มเติมและเชื่อว่า อิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นได้ทั้ง คลื่นและอนุภาค

สรุปแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกแบบจำลองนี้เชื่อว่า
     1. อิเล็กตรอนไม่ได้เคลื่อนที่เป็นวงกลม แต่เคลื่อนที่ไปรอบๆนิวเคลียส
         เป็นรูปทรงต่างๆตามระดับพลังงาน
     2. ไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนไ้ด้ เนื่องจากอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมาก
         และเคลื่อนที่รวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอม
     3. อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส บริเวณที่มีหมอกทึบ
         แสดงว่ามีโอกาสพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีหมอกจาง ดังรูปที่แสดงไว้

2.2อนุภาคในอะตอมและไอโซโทป

เลขอะตอม เลขมวลและไอโซโทป

_______จากการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม โดยมีข้อมูลต่างๆ จากการทดลองมาสนับสนุน สรุปได้ว่า อะตอมของธาตุต่างๆ จะประกอบด้วยอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอน (ยกเว้นอะตอมของธาตุไฮโดรเจน ที่ไม่มีนิวตรอน) ซึ่งมีจำนวนแตกต่างกันไป เลขที่แสดงจ้านวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม เรียกว่าเลขอะตอม (atomic number, Z) เลขอะตอมจะเป็นค่าเฉพาะของธาตุ ธาตุชนิดเดียวกันจะมีเลขอะตอมเท่ากันเสมอ ซึ่งที่สภาวะปกติจะมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน ส่วนเลขที่แสดงจำนวนผลบวกของโปรตอนและจำนวนนิวตรอน เราเรียกว่า เลขมวล (mass number, A) ซึ่งในนิวเคลียสของอะตอม เลขมวลจะมีค่าใกล้เคียงกับเลขของอะตอม โดยผลต่างของเลขมวลกับเลขของอะตอมจะเท่ากับจำนวนนิวตรอนโดยสามารถเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ได้ คือ

รูปที่ 1.1 สัญลักษณ์ของธาตุ

ที่มา : http://wasita2536338.blogspot.com/p/24-28-2554.html

         เลขอะตอม คือ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของแต่ละอะตอมของธาตุ ในอะตอมที่เป็นกลางจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจ้านวนอิเล็กตรอน ดังนั้นเลขเชิงอะตอมจึงบอกจำนวนของอิเล็กตรอนของธาตุได้ด้วย เนื่องจากอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีค่าเลขเชิงอะตอมเท่ากันเสมอ เลขเชิงอะตอมจึงป็นเอกลักษณ์ของธาตุชนิดเดียวกัน เช่น เลขเชิงอะตอมของฟอสฟอรัสเท่ากับ 15 นั้นคือทุกๆ อะตอมที่เป็นกลางของฟอสฟอรัสจะมี 15 โปรตอน และมี 15 อิเล็กตรอน และกล่าวได้ว่าอะตอมใดๆ ในจักรวาลถ้ามี 15 โปรตอนแล้ว จะเรียกว่า “ฟอสฟอรัส” ทั้งสิ้น

          เลขมวล คือ ผลรวมของนิวตรอนและโปรตอนที่มีในนิวเคลียสของอะตอมของธาตุ นิวเคลียสในอะตอมอื่นๆ
ทั้งหมดจะมีทั้งโปรตอนและนิวตรอนอยู่ โดยทั่วไปแล้วเลขมวลหาได้ดังนี้
________เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน
______________ = เลขอะตอม + จำนวนนิวตรอน
______จำนวนนิวตรอนในอะตอม = เลขมวล – เลขอะตอม
เช่น  2311Na ธาตุโซเดียม มีจำนวนโปรตอน (Z) = 11
dddddddddddddddddd มีจำนวนนิวตรอน       = A – Z = 23 – 11 = 12
มีจำนวนอิเล็กตรอน    = 11 (เท่ากับจำนวนโปรตอน) _______________________

______ไอโซโทป (isotope) หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีเลขอะตอม (Z) เท่ากัน แต่เลขมวล (A) ไม่เท่ากัน ตัวอย่างเช่น อะตอมของไฮโดรเจนมีเลขมวลสามชนิดโดยแตกต่างกันที่จำนวนนิวตรอน ได้แก่
_________ไฮโดรเจน (Hydrogen) มี 1 โปรตอนและไม่มีนิวตรอน มีสัญลักษณ์ 11H
_________ดิวทีเรียม (Deuterium) มี 1 โปรตอนและมี 1 นิวตรอน มีสัญลักษณ์ 21H
_________ทริเทียม (Tritium)        มี 1 โปรตอนและมี 2 นิวตรอน มีสัญลักษณ์ 31H
___     สมบัติทางเคมีของธาตุถูกก้าหนดโดยจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนในอะตอม นิวตรอนไม่มีส่วนเกี่ยวข้องในการเปลี่ยนแปลงทางเคมีตามปกติ ดังนั้นไอโซโทปของธาตุเดียวกันจึงมีสมบัติทางเคมีเหมือนกันเกิดสารประกอบประเภทเดียวกันและมีความไวต่อปฏิกิริยาเคมีทำนอง

          ไอโซโทน (isotone) หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน แต่จำนวนโปรตอน เลขอะตอมและเลขมวลไม่เท่ากัน เช่น  3919K  4020Ca มีนิวตรอนเท่ากัน คือ  20

          ไอโซบาร์ (isobar) หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีเลขมวลเท่ากันแต่เลขอะตอมต่างกัน เช่น 146C  147N

2.3การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

อิเล็กตรอนในอะตอมที่อยู่ ณ ระดับพลังงาน (energy levels หรือ shell) จะมีพลังงานจำนวนหนึ่ง ส้าหรับอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะมีพลังงานน้อยกว่าพวกที่อยู่ไกลออกไป ยิ่งอยู่ไกลมากยิ่งมีพลังงานมากขึ้น โดยกำหนดระดับพลังงานหลักให้เป็น n ซึ่ง n เป็นจ้านวนเต็มคือ 1, 2, … หรือตัวอักษรเรียงกันดังนี้ คือ K, L, M, N, O, P, Q ตามล้าดับ เมื่อ n = 1 จะเป็นระดับพลังงานต่ำสุด หมายความว่า จะต้องใช้พลังงานมากที่สุดที่จะดึงเอาอิเล็กตรอนนั้นออกจากอะตอมได้ จำนวนอิเล็กตรอนที่จะมีได้ในแต่ละระดับพลังงานหลักต้องเท่ากับหรือไม่เกิน 2n2 และจำนวนอิเล็กตรอนในระดับนอกสุดจะต้องไม่เกิน 8 เช่น
____๘ระดับพลังงานที่หนึ่ง n = 1 (shell K) ปริมาณอิเล็กตรอนที่ควรมีอยู่ = 2(1)2 = 2
____๘ระดับพลังงานที่สอง (n = 2) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2(2)2 = 8
____๘ระดับพลังงานที่สาม (n = 3) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2(3)2 = 18
____๘ระดับพลังงานที่สี่    (n = 4) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2(4)2 = 32
____๘ระดับพลังงานที่ห้า  (n = 5) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2(5)2 = 50
____๘ระดับพลังงานที่หก  (n = 6) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2(6)2 = 72
____๘ระดับพลังงานที่เจ็ด (n = 7) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2(7)2 = 98

รูปที่ 1.1 ออร์บิทัล (orbital)

เช่น ตารางที่ 1.1 การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักของธาตุต่างๆ

_______จากการศึกษาสเปกตรัมของธาตุต่างๆ พบว่าในระดับพลังงานหลัก (n) ยังประกอบด้วยระดับพลังงานย่อยหรือเรียกว่า ซับเซลล์ (sub-levels หรือ sub-shells) โดยก้าหนดเป็นสัญลักษณ์คือ s p d และ f ซึ่งในแต่ละระดับพลังงานย่อยจะมีอิเล็กตรอนได้ไม่เท่ากันและมีพลังงานไม่เท่ากัน กล่าวคือ ระดับพลังงานย่อย s มีพลังงานต่ำกว่า p ต่ำกว่า d ต่ำกว่า f ตามล้าดับ ในระดับพลังงานย่อยยังประกอบด้วยออร์บิทัล (orbital) ซึ่งในแต่ละออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 2 อิเล็กตรอน ดังนี้
____๘๘๘๘ระดับพลังงานย่อย s มีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 2 อิเล็กตรอน มี 1 ออร์บิทัล
____๘๘๘๘ระดับพลังงานย่อย p มีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 6 อิเล็กตรอน มี 3 ออร์บิทัล
____๘๘๘๘ระดับพลังงานย่อย d มีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 10 อิเล็กตรอน มี 5 ออร์บิทัล
____๘๘๘๘ระดับพลังงานย่อย f มีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 14 อิเล็กตรอน มี 7 ออร์บิทัล

__________ภายในระดับพลังงานหลักอันเดียวกันจะประกอบด้วยพลังงานย่อยเรียงล้าดับจากพลังงานต่้าไปสูง คือ จาก s ไป p d และ f เช่น 3p สูงกว่า 3s ซึ่งเมื่อนำมาเรียงลำดับกันแล้ว พบว่ามีเฉพาะ 2 ระดับพลังงานแรกคือ n = 1 และ n = 2 เท่านั้น ที่มีพลังงานเรียงลำดับกัน แต่พอขึ้นระดับพลังงาน n = 3 เริ่มมีการซ้อนเกยกันของระดับพลังงานย่อย ดังรูป

รูปที่ 1.2 แสดงระดับพลังงานในอะตอม

ที่มา 

__________จากการศึกษาพบว่ากรณีของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนนั้นระดับพลังงานของ 3d จะใกล้กับ 4s มาก และพบว่า ถ้าบรรจุอิเล็กตรอนใน 4s ก่อน 3d พลังงานรวมของอะตอมจะต่ำ และอะตอมจะเสถียรกว่า ดังนั้นในการจัดเรียงอิเล็กตรอนในออร์บิทัลแบบที่เสถียรที่สุด คือการจัดตามระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดก่อนทั้งในระดับพลังงานหลักและย่อย ซึ่งวิธีการจัดอิเล็กตรอนสามารถพิจารณาตามลูกศรในรูปที่ 1.8 โดยเรียงลำดับได้เป็น 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

รูปที่ 1.3 แสดงลำดับการบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัล

ในการจัดอิเล็กตรอนอาจเขียนเป็นแผนภาพออร์บิทัลซึ่งแสดงสปินของอิเล็กตรอนด้วย ดังตัวอย่าง C มี z = 6 มีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p2 ซึ่งการจัดแสดงสปินของอิเล็กตรอนแสดงในตารางที่ 1.1
__________ในการบรรจุอิเล็กตรอนหรือการจัดเรียงอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลจะต้องยึดหลักในการบรรจุอิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งๆ ลงในออร์บิทัลที่เหมาะสมตามหลักดังต่อไปนี้
__________1) หลักของเพาลี (Pauli exclusion principle) กล่าวว่า “ไม่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งคู่ใดในอะตอมที่มีเลขควอนตัมทั้งสี่เหมือนกันทุกประการ” นั่นคืออิเล็กตรอนคู่หนึ่งในออร์บิทัลจะมีค่า n, ℓ, mℓ เหมือนกันได้ แต่ต่างกันที่สปิน
__________2) หลักของเอาฟ์บาว (Aufbau principle) มีวิธีการดังนี้
____________๘2.1) สัญลักษณ์วงกลม O,  หรือ _ แทน ออร์บิทัล
______________๘๘ลูกศร ↑↓ แทน อิเล็กตรอน 1 ตัว ที่สปิน ขึ้น-ลง
______________๘๘↑↓ เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่ (paired electron)
______________๘๘↑  เรียกว่าอิเล็กตรอนเดี่ยว (single electron)
____________๘2.2) บรรจุอิเล็กตรอนเข้าไปในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานต่ำจนครบจำนวนก่อน ดังรูปที่ 1.1
__________3) กฎของฮุนด์ (Hund’s rule) กล่าวว่า “การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากัน (degenerate orbital) จะบรรจุในลักษณะที่ท้าให้มีอิเล็กตรอนเดี่ยวมากที่สุดเท่าที่จะมากได้” ออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานมากกว่า 1 เช่น ออรฺบิทัล p และ d เป็นต้น

รูปที่ 1.4 โครงแบบอิเล็กตรอน (แบบสัญลักษณ์) ของธาตุ

ที่มา : http://www.vcharkarn.com/lesson/view.php?id=1168

__________4) การบรรจุเต็ม (filled configuration) เป็นการบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากัน แบบเต็ม ครบ 2 ตัว ส่วนการบรรจุครึ่ง (half- filled configuration) เป็นการบรรจุอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลแบบครึ่งหรือเพียง 1 ตัว เท่านั้น ซึ่งการบรรจุทั้งสองแบบ (ของเวเลนซ์อิเล็กตรอน) จะทำให้มีความเสถียรมากกว่าตัวอย่างการบรรจุเต็ม เช่น

รูปที่ 1.5 การบรรจุอิเล็กตรอนในออรืบิทัลแบบเต็ม

ตัวอย่างการจัดอิเล็กตรอนของธาตุเลขอะตอม 1 ถึง 18

รูปที่ 1.6 การจัดอิเล็กตรอนของธาตุเลขอะตอม 1 ถึง 18

2.4ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก

ส่วนที่ 1 ตารางธาตุ ก่อนจะเป็นตารางธาตุ

• ปี พ.ศ. 2360 โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ เป็นนักเคมีคนแรกที่พยายามจัดธาตุเป็นกลุ่มๆ ละ 3 ธาตุ ตามสมบัติที่คล้ายคลึงกันเรียกว่า “ชุดสาม” โดยพบว่าธาตุกลางจะมีมวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีกสองธาตุที่เหลือ เช่น Na เป็นธาตุกลางระหว่าง Li กับ K มีมวลอะตอม 23 ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยนของมวลอะตอมของธาตุ Li ซึ่งมีมวล 7 กับธาตุ K ซึ่งมีมวลอะตอม 39 ดังรูป

ธาตุชุดสาม (ตัวอย่าง)

หลักการนี้ใช้ไม่ได้กับธาตุบางชนิด ชุดสามของกลุ่มธาตุบางชนิด ธาตุตรงกลาง มีมวลอะตอมไม่เท่ากับค่าเฉลี่ยของธาตุที่เหลือทั้ง 2

• ปี พ.ศ. 2407 จอห์น นิวแลนด์ ได้เสนอกฎในการจัดเรียงธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า “ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปหามากพบว่าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ” (ไม่รวมธาตุไฮโดรเจนและแก๊สเฉื่อย)

ธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ

• ปี พ.ศ. 2412 ยูลิอุสโลทาร์ ไมเออร์ และ ดิมิทรี อิวา–โนวิช เมนเดเลเอฟ ได้จัดธาตุโดยเรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากโดยพบว่าธาตุมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ เมนเดเลเอฟจึงตั้งกฎที่เรียกว่า กฏพิริออดิก และเรียกตารางธาตุว่า ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ

ตารางธาตุของเมนเดเลเอฟ

• ต่อมา เฮนรี โมสลีย์ ได้เสนอให้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆ ของธาตุมีความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม ดังนั้น ตารางธาตุปัจจุบันจึงจัดเรียงตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก

ตารางธาตุปัจจุบัน เรียงตามเลขออะตอมจากน้อยไปมาก

สรุปเกี่ยวกับตารางธาตุ แบ่งธาตุในแนวตั้ง (หมู่) แบ่งออกเป็น 18 แถว โดยธาตุทั้งหมด 18 แถว แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ

– กลุ่ม A  มี  8  หมู่ คือ  IA  ถึง VIIIA

– กลุ่ม B  มี  8  หมู่ คือ  IB  ถึง VIIIB  เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน (Transition)

โดย

• ธาตุหมู่ที่ IA  เรียกว่า “โลหะแอลคาไลน์”  ได้แก่   Li   Na   K   Rb  Cs  และ  Fr
• ธาตุหมู่ที่ IIA  เรียกว่า  “ โลหะอัลคาไลน์ เอิร์ท”  ได้แก่  Be  Mg  Ca  Sr  Ba และ  Ra
• ธาตุหมู่ที่  VIIA  เรียกว่า “ธาตุเฮโลเจน (Halogen)” ได้แก่   F , Cl , Br , I  และ  At
• ธาตุหมู่ที่ VIIIA  เรียกว่า “ก๊าซเฉื่อย (Inert gas or Noble gas)” ได้แก่   He , Ne , Ar , Kr , Xe  และ  Rn

ตารางธาตุในแนวนอนเรียกว่า “คาบ”  แบ่งได้  7  คาบ

• คาบที่ 6 แบ่งธาตุเป็น 2 กลุ่ม

– กลุ่มแรกมี 18 ธาตุ คือ Cs ถึง Rn

– กลุ่มที่สองมี 14 ธาตุ คือ Ce ถึง Lu เรียกกลุ่มนี้ว่าLantanides

• คาบที่ 7 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม

– กลุ่มแรกเริ่มจาก Fr เป็นต้นไปและมีการค้นพบเกิดขึ้นตลอดเวลา

– กลุ่มสองมี 14 ธาตุคือ Th ถึง Lr เรียงกลุ่มนี้ว่า Actinides

“หมู่เดียวกัน จะมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขประจำหมู่”

“คาบเดียวกัน จะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขที่คาบ”

กลุ่ม s, p, d และ f-block สามารถจัดกลุ่มได้ดังรูป

ธาตุในกลุ่ม s, p, d, และ f-block

การตั้งชื่อธาตุที่ค้นพบใหม่ ตั้งตามระบบ IUPAC (InternationalUnion of Pure and  Applied  Chemistry)

• ใช้กับธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 100 ขึ้นไป
• ให้ตั้งชื่อธาตุโดยระบุเลขอะตอมเป็น ภาษาละติน แล้วลงท้ายด้วย– ium

ระบบการนับเลขในภาษาละติน

0  นิล (nil)

1  อูน (un) 

2  ไบ (bi)

3  ไตร  (tri) 4  ควอด (quad) 5  เพนท์ (pent) 6  เฮกซ์  (hex) 7  เซปท์  (sept) 8  ออกต์(oct) 9  เอนน์ (enn) ตัวอย่างการเรียกชื่อ

• ธาตุที่  104  ตามระบบ IUPAC อ่านว่า

Unn+nil+quad+ium  =   Unnilquadium

• ธาตุที่  105  อ่านว่า

Unn+nil+pent+ium  =   Unnilpentium

ส่วนที่ 2 สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ

1. ขนาดอะตอม

การบอกขนาดอะตอมจะบอกโดยใช้รัศมีอะตอม ซึ่งมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่มีแรงยึดเหนี่ยวอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน รัศมีอะตอมมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม

– รัศมีโคเวเลนต์ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของความยาวพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน

ตัวอย่างรัศมีโคเวเลนต์

– รัศมีแวนเดอร์วาลล์ คือระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด

ตัวอย่างรัศมีแวนเดอร์วาลล์

– รัศมีโลหะ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมโลหะที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด

ตัวอย่างรัศมีโลหะ

แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ

แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ

2. รัศมีไอออน

ไอออน  คือ อะตอมของธาตุ  หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่มีประจุ  คือ ไอออนทุกชนิดจะต้องมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากับอิเล็กตรอนถ้าจำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนบวก  และถ้ามีจำนวนโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนลบ

การบอกขนาดไอออนทำได้เช่นเดียวกับการบอกขนาดอะตอม ซึ่งพิจารณาจากระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งๆ ที่มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก

ตัวอย่างรัศมีไอออน

แนวโน้มของขนาดไอออนในตารางธาตุ

แนวโน้มขนาดไอออน

สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่ Link: รัศมีไอออน

3. พลังงานไออนไนเซชัน (Ionization Energy; IE)

คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของธาตุที่เป็นแก๊สครั้งละ 1 อิเล็กตรอนทำให้กลายเป็นไอออนบวกที่เป็นแก๊ส

สามารถเขียนสมการได้ดังนี้

X(g)  +  IE  —->  X+  (g)  +  e–

ตัวอย่าง ค่า IE1 ถึง IE3 ของ Li

Li(g)  Li+(g) + e–               IE1 = 520 kJ/mol

Li+(g)  Li2+(g) + e–            IE2 = 7,394 kJ/mol

Li2+(g)  Li3+(g) + e–           IE3 = 11,815 kJ/mol

ตัวอย่างกราฟไอออนไนเซชัน

แนวโน้มค่า IE 

แนวโน้มค่า IE ในตารางธาต

สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่ Link: IE หรือ IE (2)

4. อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Electronegativity; EN)

คือ  ค่าที่แสดงความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองของอะตอมของธาตุ  ในพันธะเคมีหนึ่ง  อะตอมที่มีค่า EN สูงจะดึงดูดอิเล็กตรอนได้ดีกว่าอะตอมที่มี  EN ต่ำ

แนวโน้มค่า EN ในตารางธาตุ

ลักษณะทั่วไป

• โลหะทั่วไปมีค่า EN ต่ำกว่า จึงเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าเกิดไอออนบวก อโลหะทั่วไปมีค่า EN สูง จึงชิงอิเล็กตรอนได้ดีเกิดไอออนลบ ธาตุเฉื่อยไม่มีค่า EN
• ค่า EN ขึ้นอยู่กับ

ก. ขนาดอะตอม หรือจำนวนระดับพลังงาน

ข. ถ้าอะตอมที่มีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ค่า EN ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นเกณฑ์

5. สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity; EA)

 สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงาน ที่อะตอมในสถานะแก๊ส คายออกมา เมื่อได้ รับอิเล็กตรอน

แนวโน้มค่า EA

6. จุดเดือดและจุดหลอมเหลว

แนวโน้มจุดเดือดและจุดหลอมเหลว ตามหมู่

• หมู่ IA IIA และ IIIA ลดลงจากบนลงล่าง (ลดตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น)
• หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA เพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง (เพิ่มตามเลขอะตอม)
• หมู่ IVA มีแนวโน้มที่ไม่แน่นอน

ตามคาบ

• หมู่ IA IIA IIIA และ IVA แนวโน้มสูงขึ้น
• หมู่ IVA มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงที่สุด เพราะบางธาตุมีโครงสร้างเป็นผลึกร่างตาข่าย
• หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA จุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีค่าต่ำมาก

7. เลขออกซิเดชัน (Oxidation Number)

เลขออกซิเดชัน คือ เลขที่แสดงถึงค่าประจุไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ

ธาตุแต่ละชนิดมีเลขออกซิเดชันเป็นเท่าไหร่ให้เป็นไปตามเกณฑ์ดังนี้

ตัวอย่างเลขออกซิเดชันของธาตุ

2.5ธาตุแทรนซิชัน

             ธาตุแทรนซิชัน  คือ  กลุ่มธาตุที่อยู่ระหว่างหมู่  IIA  กับ  IIIA ซึ่งก็คือธาตุหมู่  B ทั้งหมด  ประกอบด้วยหมู่ IB – VIIIB  รวมทั้ง อินเนอร์แทรนซิชัน  ได้แก่  กลุ่มแลนทาไนด์  และกลุ่มแอกทิไนด์

 ธาตุแทรนซิชัน  เป็นธาตุที่ใช้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย ในการเกิดพันธะ   ยกเว้นธาตุหมู่  2B  ที่ใช้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย  s  ในการเกิดพันธะ

ธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 ได้แก่  Sc , Ti , V , Cr , Mn , Fe , Co , Ni , Cu , Zn

 สรุปได้ดังนี้

    1. ธาตุแทรนซิชันทุกธาตุเป็นโลหะ มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงเพราะมีพันธะโลหะ

    2.  ความหนาแน่นมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น

    3.  มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด (valence e^-) เท่ากับ  2  ยกเว้น  Cr  และ  Cu  เท่ากับ  1 

    4.  อิเล็กตรอนถัดจากวงนอกสุดเข้ามาหนึ่งระดับพลังงาน ไม่ครบ  18  ยกเว้น  Cu  และ  Zn 

    5.  มีเลขออกซิเดชันได้มากกว่า 1 ค่า  ยกเว้นหมู่  2B (Zn , Cd) เป็น  +2  ค่าเดียว  และหมู่  3B (Sc)                    0  เป็น +3  ค่าเดียว  ดังตาราง

สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน

 ธาตุแทรนซิชันสามารถทำปฏิกิริยาเกิดสารประกอบต่าง ๆ ได้หลายชนิด  เนื่องจากธาตุแทรนซิชันมีค่าเลขออกซิเดชันหลายค่า  และให้สีของสารประกอบแตกต่างกัน  เช่น  MnO₂ มีสีดำ ,KMnO₄  มีสีม่วงแดง  และ  K₂MnO₄  มีสีเขียว

       และโดยทั่วไปธาตุแทรนซิชันสามารถเกิดสารประกอบเชิงซ้อน  และไอออนเชิงซ้อนได้ง่าย

 *ไม่ละลายน้ำ

สารประกอบของธาตุแทรนซิชันแบ่งได้ 2 ประเภท คือ

1.  สารประกอบไอออนิก (ionic compounds)

          ไอออนบวกของโลหะแทรนซิชัน + อโลหะไอออนลบหรือกลุ่มไอออนลบ

     เช่น    CuSO₄    คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต

              FeCl₂    ไอร์ออน (II)  คลอไรด์

              Fe₂O₃    ไอร์ออน (III)  ออกไซด์

2.  สารประกอบเชิงซ้อน (complex compounds)  คือ สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อนเป็นองค์ประกอบ   มีลักษณะดังนี้

                   ไอออนเชิงซ้อนบวก + ไอออนลบ

          หรือ    ไอออนบวก  +  ไอออนเชิงซ้อนลบ

          หรือ    ไอออนเชิงซ้อนบวก  + ไอออนเชิงซ้อนลบ

เช่น     KMnO₄    หรือ       K⁺      [MnO₄] ^–   

ไอออนบวก     +    ไอออนเชิงซ้อนลบ    =    สารประกอบเชิงซ้อน 

ไอออนเชิงซ้อน  ประกอบด้วยอะตอมหรือไอออนของโลหะแทรนซิชันทำหน้าที่เป็นธาตุอะตอมกลาง (central atom) โดยมีกลุ่มของไอออนหรือโมเลกุลที่เรียกว่า ลิแกนด์ (ligand) มาล้อมรอบอะตอมกลางด้วยพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์

   O             ^-

Mn

O       O      O

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน

          * โลหะแทรนซิชันมีโครงสร้างทางอิเล็กตรอนที่แตกต่างไปจากโลหะหมู่ที่ IA และหมู่ IIA คือสามารถรวมกับไอออน  หรือหมู่ไอออน โมเลกุลหรือสารบางชนิดที่มีอิเล็กตรอนคู่ว่างอยู่ เกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ที่เรียกว่า สารประกอบโคออดิเนชันหรือสารประกอบเชิงซ้อน (Complex  Compound)

          สารประกอบเชิงซ้อน  คือ  สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อนเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย  ส่วนมากเกิดกับ   ธาตุแทรนซิชัน  ไอออนเชิงซ้อน  คือ  สารที่เกิดจากไอออนลบ  (anions)  หรือโมเลกุลที่เป็นกลางไม่มีประจุจำนวนหนึ่ง  หรือมากกว่านั้นมาสร้างพันธะเคมีกับไอออนกลางของโลหะ  เช่น  Cu(NH3)42+, ไอออนเชิงซ้อนมี  2  ชนิดคือ  ไอออนเชิงซ้อนที่เป็นไอออนบวก  และไอออนลบ

                                   อะตอมกลางหรือไอออนกลาง (Central  atom  ion)  คือ  อะตอมของธาตุที่อยู่แกนกลางของสารเชิงซ้อน  ส่วนมาก  ได้แก่  โลหะแทรนซิชัน

ลิแกนด์  คือ  ไอออนหรือโมเลกุลที่ล้อมรอบอะตอมกลางหรือไอออนกลาง  สารพวกนี้เป็นสารที่มีอะตอมของธาตุที่มีอิเล็กตรอนคู่อิสระอยู่  เช่น  F-, Br-, OH-, SCN-, S2-,CO, NH3, H2O  เป็นต้น

พันธะระหว่างลิแกนด์  และโลหะแทรนซิชันที่อยู่กลางในสารเชิงซ้อนเป็นพันธะโคเวเลนต์  และจำนวนลิแกนด์ที่ล้อมรอบโลหะแทรนซิชันที่อยู่กลาง  เรียกว่า  เลขโคออร์ดิเนชัน  และเลขโคออร์ดิเนชันเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของธาตุแทรนซิชัน  เลขออกซิเดชันของโลหะแทรนซิชัน  และชนิดของลิแกนด์ด้วย

2.6ธาตุกัมมันตตรังสี

ความหมายของธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึงธาตุที่แผ่รังสีได้ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 82

กัมมันตภาพรังสี หมายถึงปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง รังสีที่ได้จากการสลายตัว มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา
ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่ง มีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น (ธาตุยูเรเนียม) (ธาตุทอเลียม) (อนุภาคแอลฟา)

จะเห็นได้ว่า การแผ่รังสีจะทำให้เกิดธาตุใหม่ได้ หรืออาจเป็นธาตุเดิมแต่จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจไม่เท่ากับธาตุเดิม และธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ มีระยะเวลาในการสลายตัวแตกต่างกันและแผ่รังสีได้แตกต่างกัน เรียกว่า ครึ่งชีวิตของธาตุ

กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) เกิดจากการเสื่อมสลายโดยตัวเองของนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร เป็นผลให้ได้อนุภาคอัลฟา อนุภาคเบต้า และรังสีแกมมาซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงคลื่นสั้นมากและมีพลังงาน สูง ทั้งหมดนี้พุ่งออกมาด้วยความเร็วสูงมาก ในบางกรณีอาจมีพลังงานความร้อนและพลังงานแสงเกิดตามมาด้วย เช่น การเสื่อมสลายของนิวเคลียสของธาตุเรเดียมไปเป็นธาตุเรดอน

คำว่ากัมมันตภาพรังสีนี้ มีหลายคนใช้ผิด โดยสับสนกับคำว่า กัมมันตรังสี ซึ่งจะขออธิบายดังนี้

กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) เป็นคำนาม หมายถึง สภาพการแผ่รังสีของธาตุหนึ่ง ๆ ที่ไม่เสถียร เช่น O-18 เป็นต้น
กัมมันตรังสี (Radioactive) เป็นคำคุณศัพท์ ส่วนใหญ่ใช้ขยายคำว่าธาตุ คือ ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึง ตัวธาตุที่ปล่อยรังสี (อนุภาคอัลฟา อนุภาคเบต้า และรังสีแกมมา) ออกมา

กัมมันตภาพรังสี...คืออะไร?

กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) เป็นคุณสมบัติของธาตุและไอโซโทปบางส่วน ที่สามารถเปลี่ยนแปลงตัวเองเป็นธาตุหรือไอโซโทปอื่น ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้จะมีการปลดปล่อยหรือส่งรังสีออกมาด้วย ปรากฏการณ์นี้ได้พบครั้งแรกโดย เบคเคอเรล เมื่อปี พ.ศ. 2439 ต่อ มาได้มีการพิสูจน์ทราบว่า รังสีที่แผ่ออกมาในขบวนการสลายตัวของธาตุหรือไอโซโทปนั้นประกอบด้วย รังสีแอลฟา, รังสีเบต้า และรังสีแกมมา

รังสีแอลฟา
รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวล 4 amu มีประจุ +2 อนุภาคชนิดนี้จะถูกกั้นไว้ด้วยแผ่นกระดาษหรือเพียงแค่ผิวหนังชั้นนอกของคนเราเท่านั้น

การสลายตัวให้รังสีแอลฟา
90Th 232----->88Ra 228 + 2a 4

รังสีเบต้า
รังสี ที่ประกอบด้วยอนุภาคอิเลคตรอนหรือโพสิตรอน รังสีนี้มีคุณสมบัติทะลุทะลวงตัวกลางได้ดีกว่ารังสีแอลฟา สามารถทะลุผ่านน้ำที่ลึกประมาณ 1 นิ้วหรือประมาณความหนาของผิวเนื้อที่ฝ่ามือได้ รังสีเบต้าจะถูกกั้นได้โดยใช้แผ่นอะลูมิเนียมชนิดบาง

การสลายตัวให้รังสีบีตา
79Au 198----->80Hg 198 + -1b 0
7N 13----->6C 13 + +1b 0

รังสีแกมมา
รังสี ที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง มีคุณสมบัติเช่นเดียวกันกับรังสีเอกซ์ที่สามารถทะลุผ่านร่างกายได้ การกำบังรังสีแกมมาต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงเช่น ตะกั่วหรือยูเรเนียม เป็นต้น

การสลายตัวให้รังสีแกมมา
27Co 60----->-1b 0 + 28Ni 60----->28Ni60 + g

2.7การนำธาตุไปใช้ประโยชน์และผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต

ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี

1. ด้านธรณีวิทยา  มีการใช้ C-14 คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรืออายุของซากดึกดำบรรพ์ซึ่งหาได้ดังนี้ ในบรรยากาศมี C-14 ซึ่งเกิดจากไนโตรเจน รวมตัวกับนิวตรอนจากรังสีคอสมิกจนเกิดปฏิกิริยา แล้ว C-14 ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจน แล้วผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช และสัตว์กินพืช คนกินสัตว์และพืช ในขณะที่พืชหรือสัตว์ยังมีชีวิตอยู่ C-14 จะถูกรับเข้าไปและขับออกตลอดเวลา เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง การรับ C-14 ก็จะสิ้นสุดลงและมีการสลายตัวทำให้ปริมาณลดลงเรื่อยๆ ตามครึ่งชีวิตของ C-14 ซึ่งเท่ากับ 5730 ปี

     ดังนั้น ถ้าทราบอัตราการสลายตัวของ C-14 ในขณะที่ยังมีชีวิตอยู่และทราบอัตราการสลายตัวในขณะที่ต้องการคำนวณอายุวัตถุนั้น ก็สามารถทำนายอายุได้ เช่น ซากสัตว์โบราณชนิดหนึ่งมีอัตราการสลายตัวของ C-14 ลดลงไปครึ่งหนึ่งจากของเดิมขณะที่ยังมีชีวิตอยู่เนื่องจาก C-14 มีครึ่งชีวิต 5730 ปี จึงอาจสรุปได้ว่าซากสัตว์โบราณชนิดนั้นมีอายุประมาณ 5730 ปี

2. ด้านการแพทย์ ใช้รักษาโรคมะเร็ง ในการรักษาโรคมะเร็งบางชนิด กระทำได้โดยการฉายรังสีแกมมาที่ได้จาก โคบอลต์-60 เข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง ผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งในระยะแรกสามารถรักษาให้หายขาดได้ แล้วยังใช้โซเดียม-24 ที่อยู่ในรูปของ NaCl ฉีดเข้าไปในเส้นเลือด เพื่อตรวจการไหลเวียนของโลหิต โดย โซเดียม-24จะสลายให้รังสีบีตาซึ่งสามารถตรวจวัดได้ และสามารถบอกได้ว่ามีการตีบตันของเส้นเลือดหรือไม่
3. ด้านเกษตรกรรม มีการใช้ธาตุกัมมันตรังสีติดตามระยะเวลาการหมุนเวียนแร่ธาตุในพืช โดยเริ่มต้นจากการดูดซึมที่รากจนกระทั่งถึงการคายออกที่ใบ หรือใช้ศึกษาความต้องการแร่ธาตุของพืช
4. ด้านอุตสาหกรรม ในอุตสาหกรรมการผลิตแผ่นโลหะ จะใช้ประโยชน์จากกัมมันตภาพรังสีในการควบคุมการรีดแผ่นโลหะ เพื่อให้ได้ความหนาสม่ำเสมอตลอดแผ่น โดยใช้รังสีบีตายิงผ่านแนวตั้งฉากกับแผ่นโลหะที่รีดแล้ว แล้ววัดปริมาณรังสีที่ทะลุผ่านแผ่นโลหะออกมาด้วยเครื่องวัดรังสี ถ้าความหนาของแผ่นโลหะที่รีดแล้วผิดไปจากความหนาที่ตั้งไว้ เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไปควบคุมความหนา โดยสั่งให้มอเตอร์กดหรือผ่อนลูกกลิ้ง เพื่อให้ได้ความหนาตามต้องการ

     ในอุตสาหกรรมการผลิตถังแก๊ส อุตสาหกรรมก่อสร้าง การเชื่อมต่อท่อส่งน้ำมันหรือแก๊สจำเป็นต้องตรวจสอบความเรียบร้อยในการเชื่อต่อโลหะ เพื่อต้องการดูว่าการเชื่อมต่อนั้นเหนียวแน่นดีหรือไม่ วิธีการตรวจสอบทำได้โดยใช้รังสีแกมมายิงผ่านบริเวณการเชื่อมต่อ ซึ่งอีกด้านหนึ่งจะมีฟิล์มมารับรังสีแกมมาที่ทะลุผ่านออกมา ภาพการเชื่อมต่อที่ปรากฏบนฟิล์ม จะสามารถบอกได้ว่าการเชื่อมต่อนั้นเรียบร้อยหรือไม่

โทษของธาตุกัมมันตรังสี

โทษของธาตุกัมมันตรังสี
     1. ถ้าร่างกายได้รับจะทำให้โมเลกุลภายในเซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงไม่สามารถทำงานตามปกติได้
ถ้าเป็นเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรมก็จะเกิดการผ่าเหล่า
โดยเฉพาะเซลล์สืบพันธุ์เมื่อเข้าไปในร่างกายจะไปสะสมในกระดูก
     2. ส่วนผลที่ทำให้เกิดความป่วยไข้จากรังสี
เมื่ออวัยวะส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายได้รับรังสี โมเลกุลของธาตุต่างๆ
ที่ประกอบเป็นเซลล์จะแตกตัว ทำให้เกิดอาการป่วยไข้และเกิดมะเร็งได้
การเกิดปฏิกิริยาของธาตุกัมมันตรังสี
การเกิดปฏิกิริยาของธาตุกัมมันตรังสี เรียกว่า
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งมี 2 ประเภท คือ
     1. ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction) คือ
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้น
เนื่องจากการยิงอนุภาคนิวตรอนเข้าไปยังนิวเคลียสของธาตุหนัก
แล้วทำให้นิวเคลียร์แตกออกเป็นนิวเคลียร์ที่เล็กลงสองส่วนกับให้อนุภาคนิวตรอน
2-3 อนุภาค และคายพลังงานมหาศาลออกมา
ถ้าไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้อาจเกิดการระเบิดอย่างรุนแรงที่เรียกว่า
ลูกระเบิดปรมาณู (Atomic bomb)
เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ให้เกิดรุนแรงนักวิทยาศาสตร์จึงได้สร้างเตาปฏิกรณ์ปรมาณูเพื่อใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

ประโยชน์จากการใช้ธาตุกัมมันตรังสี
     1. ด้านธรณีวิทยา การใช้คาร์บอน-14 (C-14) คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ
     2. ด้านการแพทย์ ใช้ไอโอดีน-131 (I-131)
ในการติดตามเพื่อศึกษาความผิดปกติของต่อมไธรอยด์ โคบอลต์-60 (Co-60)
และเรเดียม-226 (Ra-226) ใช้รักษาโรคมะเร็ง
     3. ด้านเกษตรกรรม ใช้ฟอสฟอรัส 32 (P-32)
ศึกษาความต้องการปุ๋ยของพืช ปรับปรุงเมล็ดพันธุ์ที่ต้องการ
และใช้โพแทสเซียม-32 (K-32) ในการหาอัตราการดูดซึมของต้นไม้
     4. ด้านอุตสาหกรรม ใช้ธาตุกัมมันตรังสีตรวจหารอยตำหนิ เช่น
รอยร้าวของโลหะหรือท่อขนส่งของเหลว ใช้ธาตุกัมมันตรังสีในการ
ตรวจสอบและควบคุมความหนาของวัตถุ
ใช้รังสีฉายบนอัญมณีเพื่อให้มีสีสันสวยงาม
     5. ด้านการถนอมอาหาร ใช้รังสีแกมมาของธาตุโคบอลต์-60 (Co-60)
ปริมาณที่พอเหมาะใช้ทำลายแบคทีเรียในอาหาร
จึงช่วยให้เก็บรักษาอาหารไว้ได้นานขึ้น
     6. ด้านพลังงานมีการใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูของยูเรีเนียม-238
(U-238) ต้มน้ำให้กลายเป็นไอ แล้วผ่านไอน้ำไปหมุนกังหัน
เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

สารกัมมันตรังสี (Radioactivity)

     คือ รังสีที่แผ่ออกมาได้จากธาตุบางชนิด ส่วนหนึ่งอยู่ในธรรมชาติ และส่วนหนึ่งเกิดจากฝีมือมนุษย์ สารกัมมันตรังสีที่สลายตัวนี้ จะปะปนในสิ่งแวดล้อมทั่วไป บางกรณีมาจากรังสีในอวกาศ เช่น จากดาว (Star) รวมถึงดวงอาทิตย์ (Sun) ดังนั้นห้วงอวกาศ จึงมีรังสีแผ่การะจายไปทั่วจักรวาลมากมาย เช่น รังสีคอสมิก (Cosmic ray) โดยวิ่งเข้าสู่โลกตลอดเวลา ในลักษณ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือกระแสอนุภาคที่มีความเร็วสูง

     ทั้งนี้คำว่า กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) คือจำนวนของไอโซโทปรังสีซึ่งอยู่ในสถานะไม่คงตัว และมีการสลายตัวให้รังสีออกมาในช่วง เวลาหนึ่งวินาที

     ส่วนคำว่า รังสี (Radiation) คือ อนุภาคซึ่งมีพลังงาน โดยมีที่มาจากการสลายตัวของไอโซโทปรังสี จากรังสีคอสมิค และจากเครื่องเร่งอนุภาค พลังงานของรังสีขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด เช่น รังสีเบตา จากสตรอนเชียม-90 มีพลังงานสูงสุดเท่ากับ 546 keV รังสีแกมมาจาก โคบอลต์-60 มีพลังงาน 1.17 และ 1.33 MeVเป็นต้น

ตารางแสดงการสัมผัสรังสี ของมนุษย์ในชีวิตประจำวัน ตามหลักเกณฑ์ของ Stephen A. mcGuire – Carol A. Peabody USA 1982 ——————————————————————————- โดยทั่วไปมนุษย์ อาจมีโอกาสรับรังสีจากสิ่งแวดล้อมในธรรมชาติ และจากสิ่งประดิษฐ์ต่างๆ ได้ดังนี้

แหล่งที่มาของรังสี อัตราการสัมผัส (มิลลิเร็ม/ปี) รังสีจากอวกาศ (Cosmic ray) 28 จากวัสดุก่อสร้าง เช่น สี โลหะ 4 จากร่างกายมนุษย์ 25 จากพื้นดิน สินแร่ 25 จากการรักษาทางการแพทย์ 90 จากฝุ่นการทดลอง ระเบิดนิวเคลียร์ 5 จากโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ 0.3 จากเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน เช่น T.V. 1 178.3

     แท้จริงแล้ว สารกัมมันตรังสีเหล่านี้ที่มีอยู่ในธรรมชาติ เมื่อมีปริมาณที่หมาะสมทำให้เกิดประโยชน์ คือ สิ่งมีชีวิต\เจริญเติบโต มีอายุยืนยาวขึ้น และมีวิวัฒนาการกลายพันธุ์ (Mutation) ที่ดีในเชิงบวก

     แหล่งที่ก่อให้เกิดรังสีมากที่สุดจากธรรมชาติ เช่น จากสารกัมมันตรังสีที่มีในพื้นดินที่มีสินแร่ (Mineral) ซึ่งอากาศที่มนุษย์หายใจ อาหารที่มนุษย์บริโภคและน้ำมีการเจือปนด้วย สารกัมมันตรังสีตามธรรมชาติ แต่ทั้งหมดมีค่าเจือจางมักจะไม่มีอันตรายต่อมนุษย์

     แหล่งกำเนิดรังสีที่มาจาก การกระทำของมนุษย์มีหลายรูปแบบ เช่น จากการเดินเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ การระเบิดของระเบิดนิวเคลียร์ รวมทั้งการผลิตสารกัมมันตรังสีจาก ปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่างๆ

     โดยกัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) เป็นคุณสมบัติของธาตุและไอโซโทปบางส่วนที่สามารถเปลี่ยนแปลงตัวเองเป็นธาตุหรือไอโซโทปอื่น ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้จะมีการปลดปล่อย หรือส่งรังสีออกมา ด้วยรังสีที่แผ่ออกมาในขบวนการสลายตัวของธาตุหรือไอโซโทป ประกอบด้วย รังสีแอลฟา, รังสีเบต้าและรังสีแกมมา

     รังสีแอลฟา (Alpha Ray ) ความเร็วต่ำ อำนาจทะลุทะลวงน้อย มีพลังงานสูงประกอบด้วยอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวล 4 amu มีประจุ +2 อนุภาคชนิดนี้ จะถูกกั้นไว้ด้วยแผ่นกระดาษ หรือเพียงแค่ผิวหนังชั้นนอกของมนุษย์ได้

     รังสีเบต้า (Beta Ray) มีความเร็วสูงมากใกล้เคียงกับความเร็วแสง ประกอบด้วยอนุภาคอิเลคตรอนหรือโพสิตรอน มีคุณสมบัติทะลุทะลวงตัวกลางได้ดีกว่ารังสีแอลฟา โดยสามารถทะลุผ่านน้ำที่ลึกประมาณ 1 นิ้ว รังสีเบต้าจะต้องถูกกั้นได้โดยใช้แผ่นอะลูมิเนียม ชนิดบาง

     รังสีแกมมา (Gamma Ray) ที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง มีคุณสมบัติเช่นเดียวกันกับรังสีเอกซ์ สามารถทะลุผ่านร่างกายและทำอันตรายเนื้อเยื่อได้ การกำบังรังสีแกมมา ต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงเช่น ตะกั่วหรือยูเรเนียม เป็นต้น

ผลกระทบจากรังสีต่อร่างกาย International Commission on Radiological Protection (ICRP) ———————————————————————- ขององค์การสากลในการป้องกันอันตรายจากรังสี

ปริมาณรังสี(มิลลิซีเวิร์ต) เกณฑ์ /แสดงอาการ 2.2 ระดับรังสีปกติในธรรมชาติ ที่มนุษย์แต่ละคนได้รับใน 1 ปี 5 เกณฑ์สูงสุดที่อนุญาตให้สาธารณชน ได้รับใน 1 ปี 50 เกณฑ์สูงสุดที่อนุญาตให้ผู้ปฏิบัติงาน ทางรังสีได้รับใน 1 ปี 250 ไม่ปรากฏอาการผิดปกติใดๆ ทั้งระยะสั้นและระยะยาว 500 เม็ดเลือดขาวลดลงเล็กน้อย 1000 มีอาการคลื่นเหียน และอ่อนเพลีย เม็ดเลือดขาวลดลง 3000 อ่อนเพลีย อาเจียน ท้องเสีย เม็ดเลือดขาวลดลง ผมร่วง เบื่ออาหาร ตัวซีด คอแห้ง มีไข้ อายุสั้น อาจเสียชีวิตภายใน 3-6 สัปดาห์ 6000 อ่อนเพลีย อาเจียน ท้องร่วงภายใน 1-2 ชั่วโมง เม็ดเลือดลดลงอย่างรวดเร็ว ผมร่วง มีไข้อักเสบบริเวณปาก และลำคออย่างรุนแรง มีเลือดออก มีโอกาสเสียชีวิตถึง 50% ภายใน 2-6 สัปดาห์ 10000 มีอาการเหมือนข้างต้น ผิวหนังพองบวม ผมร่วง เสียชีวิตภายใน 2-3 สัปดาห์

อันตรายจากกัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) หรือรังสี (Radiation)

ผลของรังสีต่อโมเลกุลของสิ่งมีชีวิต
     ร่างกายของสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะ มนุษย์และสัตว์ประกอบด้วยส่วนสำคัญ คือน้ำ ประมาณ 75% สารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ประมาณ 25% ของน้ำหนักร่างกาย เมื่อร่างกายได้รับรังสีประเภทก่อให้ เกิดไอออน เช่น รังสีแกมมา หรือเอกซเรย์
จะไปทำให้โมเลกุล เช่น ของน้ำเปลี่ยนแปลง

     อนุมูลต่างๆที่เกิดขึ้น มักมีคุณสมบัติไวต่อการทำปฏิกิริยาเคมี กับสารประกอบอื่นๆจึงสามารถ ก่อให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์ของร่างกายได้ สำหรับโมเลกุลของสารประกอบประเภทสารอินทรีย์ และสารอนินทรีย์ ก็จะเกิดการแยกตัวเป็นอนุมูลอิสระ และสามารถสร้างความเสียหายต่อเซลล์ร่างกาย ได้เช่นกัน

ผลของรังสีต่อเนื้อเยื่อและอวัยวะ
     เมื่อโมเลกุลและเซลล์ได้รับความเสียหาย ก็จะส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บของเนื้อเยื่อและอวัยวะ ก่อให้เกิดอาการต่างๆ อาการจากการได้รับรังสีไม่มีลักษณะเฉพาะตัว จะไม่สามารถบอกได้ว่าผู้ป่วยได้ รับรังสีหากดูจากอาการเพียงอย่างเดียว ต้องอาศัยการซักประวัติร่วมด้วยรังสีมีผลต่อเนื้อเยื่อและ อวัยวะต่างๆ

อาการจากการได้รับรังสีทั่วร่างกาย
     ในผู้ใหญ่ ข้อมูลที่ได้จากการใช้ระเบิดปรมาณูในสงครามโลกครั้งที่ 2 อุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ การทดสอบกับสัตว์ทดลอง และการใช้รังสีทางการแพทย์ ทำให้สามารถแบ่งกลุ่มอาการจากการได้รับรังสี ทั่วร่างออกได้เป็น 3 กลุ่ม ได้แก่
     1.กลุ่มอาการทางระบบเลือด
     2.กลุ่มอาการทางระบบทางเดินอาหาร
     3.กลุ่มอาการทางระบบประสาทส่วนกลาง

โดยกลุ่มอาการเหล่านี้จะปรากฏเมื่อการได้รับรังสีอยู่ภายใต้
เงื่อนไข 3 ประการดังนี้
     1.ได้รับรังสีภายในระยะเวลาสั้นๆ (นาที)
     2. ทั่วร่างได้รับรังสี
     3. ต้นกำเนิดรังสีอยู่ภายนอกร่างกาย และรังสีเป็นชนิดที่มีอำนาจทะลุทะลวงสูง

ขีดจำกัดขนาดของรังสีขั้นพื้นฐานสำหรับบุคคล *กรณีได้รับสัมผัสรังสีตลอดทั้งร่างกาย*

ปริมาณรังสี(มิลลิซีเวิร์ต) อาการที่ปรากฏ 0-25 ไม่ปรากฏแน่ชัด 25-50 มีการเปลี่ยนแปลงของเม็ดโลหิต 50-100 เม็ดโลหิตมีการเปลี่ยนแปลง อ่อนเพลีย อาเจียน ไม่มีความพิการปรากฏ 100-200 มีการเจ็บป่วยเกิดขึ้น มีความพิการ 200-400 มีการเจ็บป่วยทางรังสี มีความพิการ หรืออาจเสียชีวิตได้ 400 โอกาสรอดชีวิต 50 เปอร์เซนต์ มากกว่า 400 โอกาสเสียชีวิตสูง

การป้องกันอันตรายจากรังสี

     การป้องกันอันตรายจากรังสีจะประสบความสำเร็จตามเป้าหมายได้ ขึ้นอยู่กับการบริหารองค์กรความปลอดภัย (Safety organization) ให้ มีประสิทธิภาพสูง และประกอบกับผู้ปฏิบัติงานทางรังสีในหน่วยงานนั้น ตลอดจนผู้บังคับบัญชาที่รับผิดชอบ จะต้องร่วมมือกัน ให้การสนับสนุน และให้ความสนใจอย่างต่อเนื่อง ตลอดจนติดตามการจัดการในทุกระดับชั้นอย่างระมัดระวัง โดยอาศัยมาตรการต่างๆ ดังต่อไปนี้

1. การประเมินอันตราย (Hazard evaluation)

     การประเมินอันตรายเป็นขั้นตอนสำคัญ ในการกำหนดโครงการความปลอดภัยทางรังสี เราจะต้องทราบความเป็นมาและขอบเขตของอันตรายที่จะเกิดขึ้นต่อสุขภาพ ในการปฏิบัติการใดๆ เกี่ยวกับต้นกำเนิดรังสี บนรากฐานเกี่ยวกับการประเมินอันตรายจากรังสีนี้ สถานที่ปฏิบัติการทางรังสี จะต้องมีการวางแผนการป้องกันอันตรายจากรังสีเป็นอย่างดี ตลอดจนวางระเบียบปฏิบัติในการทำงานเกี่ยวกับสารรังสี เพื่อให้แน่ใจได้ว่าระดับของปริมาณรังสี (Radiation dose) และความเข้มข้นของสารรังสีที่ปนเปื้อนอยู่ในอากาศและในน้ำอยู่ในระดับต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และไม่ว่าในกรณีใดๆ จะไม่เกินค่าสูงสุดที่ยอมรับได้ (Maximum permissible values) ซึ่งกำหนดโดยคณะกรรมาธิการนานาชาติ ว่าด้วยการป้องกันอันตรายจากรังสี (International Commission on Radiological Protection, ICRP) ได้มีการประชุมปรึกษาหารือ และทบทวนปรับปรุงระดับค่าต่างๆ ของวัสดุกัมมันตรังสีในน้ำและอากาศอยู่เสมอเป็นระยะๆ ความเจริญก้าวหน้าของวิชาการต่างๆ และข้อมูลใหม่ๆ ที่ได้รับมา ค่าต่างๆ เหล่านี้ได้มีการกำหนดค่าไว้สำหรับกลุ่มบุคคลสองกลุ่ม คือผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวข้องกับสารรังสี และประชาชนทั่วไป โดยถือว่าถ้าร่างกายของคนทั้งสองกลุ่มนี้ได้รับรังสี หรือวัสดุกัมมันตรังสีเข้าไป ไม่เกินค่าที่ ICRP กำหนดไว้สำหรับธาตุทางรังสีแต่ละตัวแล้ว ความเสี่ยงอันตรายต่อภัยทางรังสี หรือความเสียหายที่จะเกิดขึ้นต่อสุขภาพของบุคคลนั้น ถือว่าอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับกันได้ และได้นำค่าตัวเลขเหล่านี้มาใช้เป็นข้อมูลขั้นพื้นฐาน ในการออกแบบสถานที่ปฏิบัติการทางรังสี การพัฒนาระเบียบปฏิบัติการที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม ICRP ยังได้แนะนำว่า การได้รับรังสีทั้งหลายควรจะรักษาให้อยู่ในขีดจำกัดต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่ระดับรังสีสูงสุดอันเป็นที่ยอมรับกันได้ สามารถใช้เป็นแนวทางในการวางแผน แต่ไม่ควรถือว่าเป็นระดับที่ผู้ปฏิบัติงานทางรังสีสามารถรับได้เป็นประจำ ซึ่งผิดเจตนารมณ์ที่แท้จริง ในทางปฏิบัติแล้วผู้ปฏิบัติงานทางรังสีจะต้องพยายามให้ตัวเองและผู้อื่นได้รับรังสี น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาข้อโต้แย้งในทางกฎหมาย การใช้คำว่าระดับสูงสุดที่อนุญาตให้รับได้ (Maximum permissible levels)นั้น ประกอบกับปัญหาในแง่ของจิตวิทยาแล้ว ถ้าใครได้รับรับรังสีมีค่าเกินค่าที่ ICRP ได้กำหนดไว้ จะต้องอยู่ในสภาวะที่เป็นอันตราย ซึ่งจะไม่เป็นความจริง ดังนั้นในการยกร่างเกี่ยวกับแนวปฏิบัติทางกฎหมาย ให้เลี่ยงไปใช้คำว่า ขีดจำกัดในการปฏิบัติการหรือปริมาณรังสีอันเป็นที่ยอมรับได้ (Operational limits or acceptable dose) แทน ดูจะเหมาะสมกว่า

2. การออกแบบสถานที่ปฏิบัติการหรืออุปกรณ์ (Design of installations or devices)

     ในการออกแบบสถานที่ปฏิบัติการหรืออุปกรณ์ สำหรับใช้เกี่ยวกับต้นกำเนิดรังสีด้วยความระมัดระวัง ก็เป็นอีกขั้นตอนหนึ่งที่สำคัญ ในการ ป้องกันอันตรายจากรังสี โดยให้มีการผนวกเอาระบบของความปลอดภัย และการป้องกันอันตรายจากรังสีเข้าไว้ในแผน การออกแบบก่อสร้างสถานปฏิบัติการหรืออุปกรณ์ อันเป็นการลดอิทธิพลความผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นจากความผิดพลาดที่มนุษย์เป็นผู้ก่อขึ้น ทำให้มีโอกาสได้รับรังสีจากการปฏิบัติงานสูงกว่าปกติ ระบบของความปลอดภัยที่จะใช้ในการออกแบบจะมากหรือน้อย ก็ขึ้นกับลักษณะของงาน ที่ทำ เช่น ถ้าในกรณีที่มีการใช้ต้นกำเนิดรังสีที่มีความแรงรังสีสูงมากในทางการแพทย์ หรืออุตสาหกรรม ระบบของความปลอดภัยก็ย่อมต้องมีสูงตามไปด้วย และจะลดระดับลงถ้าใช้ต้นกำเนิดรังสีที่มีความแรงรังสีต่ำลงมา ดังนั้นจึงต้องมีการยกร่างระเบียบปฏิบัติอย่างระมัดระวัง และการควบคุมทางการบริหารที่เหมาะสมควบคู่กันไปด้วย

     การออกแบบสถานที่ปฏิบัติการ รวมทั้งทำเลที่ตั้ง การวางผัง และการกำบังรังสีพื้นที่บริเวณสถานที่ปฏิบัติงาน ในการที่จะบรรลุการออก แบบที่เหมาะสม จะต้องมีการพิจารณาถึงองค์ประกอบอื่นๆ อีกหลายองค์ประกอบ รวมทั้งประเภทและความแรงของต้นกำเนิดรังสีที่จะใช้ในระยะแรก และเผื่อไว้สำหรับในอนาคตที่อาจจะมีการขยายการใช้เพิ่มขึ้นด้วย

หลักสามประการในการป้องกันอันตรายจากรังสีคือ

     1) เวลา การปฏิบัติงานทางด้านรังสีต้องใช้เวลาน้อยที่สุด เพื่อป้องกันมิให้ร่างกายได้รับรังสีเกินมาตรฐานที่กำหนดไว้สำหรับบุคคล

     2) ระยะทาง ความเข้มของรังสีจะเปลี่ยนแปลงลดลงไปตามระยะทางจากสารต้นกำเนิดรังสี สำหรับต้นกำเนิดรังสีที่เป็นจุดเล็กๆ ความเข้มจะลดลงเป็นสัดส่วนกลับกับระยะทางยกกำลังสอง

     3) เครื่องกำบัง ความเข้มของรังสีเมื่อผ่านเครื่องกำบังจะลดลง แต่จะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับพลังงานของรังสี คุณสมบัติ ความหนาแน่น และ ความหนาของวัตถุที่ใช้

เครื่องวัดรังสี

     เครื่องวัดรังสีที่นิยมใช้กันโดยทั่วไปได้แก่ เครื่องสำรวจรังสี เครื่องบันทึกรังสีประจำตัวบุคคล เครื่องวัดรังสีประจำตัวบุคคลชนิดเตือนภัย และเครื่องตรวจวัดรังสีประจำที่

เครื่องสำรวจรังสี

     เป็นเครื่องตรวจหารังสีที่ใช้แบตเตอรี สะดวกต่อการพกพา เช่น Geiger Muller และ Ionization Chamber

เครื่องบันทึกรังสีประจำตัวบุคคล

     เป็นเครื่องมือบันทึกปริมาณรังสีที่ร่างกายได้รับ ซึ่งเจ้าหน้าที่ที่ปฏิบัติงานด้านรังสีจำเป็นต้องพกติดตัว มีหลายชนิด เช่น pocket dosimeter, film badge, thermoluminescent dosimeter (TLD)

เครื่องวัดรังสีประจำตัวบุคคลแบบเตือนภัย

     เป็นเครื่องวัดสำหรับพกพาติดตัว จะส่งเสียงหรือแสง เพื่อเตือนให้ทราบเมื่อระดับรังสีสูงเกินกว่าที่กำหนดไว้ในเครื่อง

เครื่องตรวจรังสีประจำที่

     เป็นเครื่องวัดรังสีชนิดติดตั้งประจำที่ เมื่อตรวจพบรังสีที่สูงกว่าค่าที่กำหนดไว้จะส่งเสียงและแสงเตือน